專利名稱：利用機會發(fā)射機確定目標(biāo)位置的方法
利用雷達(dá)來檢測移動物體的位置是眾所周知的。人們還建議利用所謂的“機會發(fā)送(transmission of opportunity)”來檢測目標(biāo)的位置，其中，接收機檢測發(fā)射機始發(fā)的、由目標(biāo)反射的傳輸信號。但是，在這種系統(tǒng)中，還必須提供接收機到發(fā)射機的直接視線(directline of sight)(或者必須提供電纜連接)，以便在接收機中提供一種參考，這種參考然后可用于與通過反射從目標(biāo)到達(dá)的延遲信號相關(guān)。
在某些電信系統(tǒng)中，發(fā)射機使用預(yù)先存儲的代碼作為它們的調(diào)制協(xié)議的一部分。本發(fā)明者認(rèn)定，在對來自接收機和來自目標(biāo)的信號進行相關(guān)以便提供協(xié)助目標(biāo)定位的定時信息時將這些代碼用作相關(guān)器模板是有利的。這實現(xiàn)了一種無需在接收機的直接視線范圍內(nèi)就可檢測目標(biāo)位置信息的方法。
本發(fā)明包括一種在預(yù)先存儲的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟提供發(fā)射機以向目標(biāo)發(fā)送信號，提供多個彼此通信的接收機以接收從所述目標(biāo)反射的信號，這些接收機是時間或相位同步的；通過在各接收機中使所述接收到的信號與預(yù)先存儲的代碼連續(xù)相關(guān)而在該接收機上確定反射信號的所述代碼的到達(dá)時間信息；利用與各接收機的位置相關(guān)的信息以及所獲得的信息來確定目標(biāo)位置。
本發(fā)明還包括一種在預(yù)先存儲的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟提供多個發(fā)射機以分別向目標(biāo)發(fā)送信號，所述發(fā)射機是時間或相位同步的；提供接收機以接收從所述目標(biāo)反射的信號，其中，所述信號是在所述接收機已知的預(yù)定時間發(fā)出的；在各接收機中使所述接收到的信號與預(yù)先存儲的代碼相關(guān)，以識別特定信號的發(fā)射機；接收機通過將各發(fā)射機的各反射信號的預(yù)先存儲的代碼的到達(dá)時間從發(fā)送預(yù)先存儲的代碼的已知時間中減去而在接收信號的過程中確定時延；利用接收機已知的、與各發(fā)射機的位置相關(guān)的信息以及所獲得的定時信息來確定目標(biāo)位置。
許多當(dāng)代通信系統(tǒng)中的發(fā)射機使用預(yù)先存儲的代碼作為其部分調(diào)制協(xié)議(例如，為了信道均衡或信號識別)。本發(fā)明以若干方式利用這些預(yù)先存儲的代碼來檢測目標(biāo)位置，其中，來自發(fā)射機的信號被目標(biāo)反射到接收機。在接收機上通過相關(guān)來檢測代碼允許接收機檢測何時接收到嵌入的代碼。此信息連同其他信息(如發(fā)射機或接收機位置)使得能夠確定目標(biāo)位置。一個主要實施例利用發(fā)送代碼的已知時間信息來提供有用的定時信息；這是因為一些代碼是在預(yù)定時間從發(fā)射機發(fā)出的，接收機也知道這些時間。
在一些系統(tǒng)中，這些代碼還包括特定發(fā)射機的獨有標(biāo)識，接收機可以查看該位置信息；即包含在信號中的基站標(biāo)識也可以用于協(xié)助理清楚每次傳輸是從哪里來的。這消除了任何與來自不同基站而又包含造成相關(guān)的相同信息的不同信號有關(guān)的識別問題。在已知的電信系統(tǒng)中，眾所周知所述代碼包括發(fā)射機獨有的調(diào)制或編碼部分。
示例1在此示例中，有一個發(fā)射機和若干接收機。例如用于移動通信中的發(fā)射機。所發(fā)送的信號包括一個或多個用于協(xié)議中的代碼。信號經(jīng)發(fā)送，將從某個目標(biāo)如飛機反射到多個接收機。具有預(yù)先存儲的代碼的各接收機連續(xù)將此代碼與接收到的信號相關(guān)。當(dāng)相關(guān)值出現(xiàn)峰值時，各接收機i就把該時間T(i)記下來。然后將這些時間發(fā)送到可能位于這些接收機之一中的處理器上。該處理器用接收到代碼的這些時間和有關(guān)接收機位置的已知信息來計算目標(biāo)的位置。要注意，這種系統(tǒng)依賴于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)針對傳輸類型而定義的代碼信號部分，這些信號部分是明確定義的，不會發(fā)生改變。而且，值得注意的是，不必知道信號發(fā)送和接收時間之間的絕對時間，僅僅各接收機上接收到反射信號的(相對)時間才是重要的。
換言之，相關(guān)峰值出現(xiàn)的位置將指示相對于參考模板接收到該信號的時間。這在采用到達(dá)時間差技術(shù)特別有用，因為在此情況下傳輸發(fā)送的絕對時間是不相關(guān)的，正是到達(dá)不同接收機位置的信號(從相同位置發(fā)送)之間的相對時間揭示了目標(biāo)位置。本專業(yè)的技術(shù)人員會明白如何將所得數(shù)據(jù)用于確定目標(biāo)位置，如采用三角測量法。
因為已知所述代碼在所設(shè)計的波形內(nèi)?，F(xiàn)在就不必通過到發(fā)射機的直接鏈路記錄這些代碼。這些代碼是預(yù)先規(guī)定的，因此可以預(yù)先編程寫入每個接收機中，從而允許不顧特定傳輸信號的數(shù)據(jù)內(nèi)容而進行互相關(guān)處理。接收機需要是同步的。
示例2在此示例中，有多個發(fā)射機和一個接收機。這些發(fā)射機是同步的。各發(fā)射機會發(fā)送由接收機接收的信號。接收機還會將輸入信號與預(yù)先存儲的代碼相關(guān)，并記下各發(fā)射機接收到預(yù)先存儲的代碼的時間。但是，在此情況下，發(fā)射信號和接收到的目標(biāo)的反射信號之間的絕對時間是確定的。此方法利用了如下事實用于協(xié)議中的嵌入代碼在傳輸信號中是固定的(在已知位置)而且發(fā)射機在預(yù)定時間(接收機也知道)進行發(fā)送。因此，如果發(fā)射機的時鐘與接收機的時鐘同步，則對每個發(fā)射機信號，接收機可以容易地確定發(fā)送的信號和接收的信號(通過目標(biāo)反射的)之間的絕對時間差。利用已知的有關(guān)發(fā)射機位置的數(shù)據(jù)，接收機就可以確定目標(biāo)位置。
在例如現(xiàn)代第三代蜂窩電話系統(tǒng)中，使用完全時間同步的網(wǎng)絡(luò)，以致每個基站在進行發(fā)射時具有預(yù)先確定的一系列時隙和頻隙。然后，如果接收機同步于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，則它們知道哪一個基站已在同步方案精度1或2秒內(nèi)發(fā)送到?，F(xiàn)在當(dāng)相關(guān)處理確定了從目標(biāo)反射的傳輸信號的到達(dá)時間(以與前述一樣的方式)時，它就減去已知的傳輸時間以得到反射信號的飛行時間。此飛行時間信息將目標(biāo)置于一條軌跡上，這條軌跡連接所有其中目標(biāo)范圍相對于發(fā)射機和接收機位置為常數(shù)的位置。為了求解目標(biāo)在此軌跡上的位置，需要第二條具有不同發(fā)射機位置的軌跡?，F(xiàn)在這些軌跡的交集就確定了目標(biāo)位置。顯然，在接收到來自多個發(fā)射機的信號反射的情況下，目標(biāo)位置的估計就變得更為精確。
在這兩個示例的優(yōu)選具體實施方式
中，來自各發(fā)射機的信號最好具有獨有的標(biāo)識數(shù)據(jù)，以便接收機可以區(qū)分這些反射信號來自哪些發(fā)射機。這減少了所需的參數(shù)數(shù)量，如計算位置所需要輸入的接收機和/或發(fā)射機數(shù)量。此外，如果接收機已預(yù)先存儲識別了的發(fā)射機的幾何位置，即發(fā)射機的相對位置是已知的，則可以更容易地確定目標(biāo)位置。
當(dāng)然，本專業(yè)的技術(shù)人員清楚，存在許多屬于本發(fā)明范圍的不同的排列組合。
在某些情況下，發(fā)射機可能有必要連續(xù)發(fā)出信號，以便接收機區(qū)分連續(xù)信號，從而它們可以對相同信號，即相同時間發(fā)出的信號進行評估。
自然，所述系統(tǒng)可以包括多個接收機和多個發(fā)射機。盡管這種混合系統(tǒng)的計算將更為復(fù)雜，但有經(jīng)驗的數(shù)學(xué)家將清楚如何利用fdata。
此外，本發(fā)明者認(rèn)定，當(dāng)前的移動電信網(wǎng)非常適合實現(xiàn)以上方法。因為移動電話傳輸中使用上述預(yù)先存儲的代碼，故所述系統(tǒng)很適于使用標(biāo)準(zhǔn)的移動電話傳輸。例如，在移動電話調(diào)制協(xié)議中，包括了有利于確定目標(biāo)位置的獨特的基站標(biāo)識數(shù)據(jù)和所謂的“訓(xùn)練序列”。GSM網(wǎng)絡(luò)通常以200千赫茲信道工作。26位長的訓(xùn)練代碼(亦稱為中置碼)在每個數(shù)據(jù)包中，即每隔660微秒出現(xiàn)。正是這些代碼被用作每個接收機中的相關(guān)器參考。
在本發(fā)明的一個示例中，采用標(biāo)準(zhǔn)電話接收機，對送到A/D轉(zhuǎn)換器的、占據(jù)200千赫茲帶寬的接收信號解調(diào)并將數(shù)據(jù)包分成其訓(xùn)練序列和基站ID序列。向前饋送訓(xùn)練序列以便與預(yù)先存儲的訓(xùn)練序列相關(guān)，從而確定傳輸?shù)牡竭_(dá)時間。如果特定實現(xiàn)方案需要的話，就對基站標(biāo)識進行解碼，從而可以確定基站位置(例如通過預(yù)先測量的信息)。
權(quán)利要求
1.一種在預(yù)先存儲的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟a)提供發(fā)射機，用于向所述目標(biāo)發(fā)送信號，b)提供多個彼此通信的接收機，用于接收從所述目標(biāo)反射的信號，所述接收機是時間或相位同步的；c)通過在各接收機中使所述接收到的信號與所述預(yù)先存儲的代碼連續(xù)相關(guān)而在所述接收機上確定反射信號的所述代碼的到達(dá)時間信息；d)利用與各接收機的位置相關(guān)的信息以及從步驟c)獲得的所述信息來確定所述目標(biāo)位置。
2.在預(yù)先存儲的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟a)提供多個發(fā)射機，用于分別向所述目標(biāo)發(fā)送信號，所述發(fā)射機是時間或相位同步的；b)提供接收機，用于接收從所述目標(biāo)反射的信號，其中，所述信號是在所述接收機已知的預(yù)定時間發(fā)出的；c)在各接收機中使所述接收到的信號與所述預(yù)先存儲的代碼相關(guān)，以識別特定信號的發(fā)射機；d)所述接收機通過將各發(fā)射機的各反射信號的預(yù)先存儲的代碼的到達(dá)時間從發(fā)送所述預(yù)先存儲的代碼的已知時間中減去而在接收所述信號的過程中確定時延；d)利用所述接收機已知的、與各發(fā)射機的位置相關(guān)的信息以及從步驟c)獲得的所述定時信息來確定所述目標(biāo)位置。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所發(fā)送的信號包括所述發(fā)射機獨有的調(diào)制或編碼部分，此調(diào)制或編碼部分由步驟(d)用于識別所述發(fā)射機及其位置。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所有所述接收機都向中央單元傳送所述到達(dá)時間信息和接收機標(biāo)識。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述中央單元是所述接收機之一。
6.在具有多個發(fā)射機和多個接收機的通信系統(tǒng)中，利用通過如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的方法獲得的組合信息來確定目標(biāo)位置。
7.一種如權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述信號是移動電話傳輸、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電視傳輸、數(shù)字無線電傳輸或數(shù)字衛(wèi)星傳輸信號。
8.一種如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述信號包括發(fā)送之前為所述接收機已知的數(shù)據(jù)的中置碼或其中一部分或任何獨有序列。
全文摘要
一種用于確定目標(biāo)位置的方法包括如下步驟提供一個發(fā)射機或多個發(fā)射機以向目標(biāo)發(fā)送信號，提供一個接收機或多個接收機以接收所述目標(biāo)反射的信號；在所述或各接收機上確定所述反射信號的到達(dá)信息時間；利用與所述或各接收機和/或所述或各發(fā)射機的位置相關(guān)的信息以及所獲得的信息來確定目標(biāo)位置。所述信號最好包括發(fā)射機所獨有的調(diào)制或編碼部分；以及所述信號部分因為所述信號部分而與所述或各特定發(fā)射機相關(guān)。所述信號可以是移動電話傳輸、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電視傳輸、數(shù)字無線電傳輸或數(shù)字衛(wèi)星傳輸信號。
文檔編號G01S13/00GK1561454SQ02819090
公開日2005年1月5日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者S·J·阿特金森, A·A·巴克, B·S·里科特, C·N·史密斯, R·J·韋頓 申請人:羅克馬諾爾研究有限公司